高級氧化技術在印染廢水處理的應用和前景研究

文_章君 姚杭永 陸佳俊

1 浙江省工業環保設計研究院有限公司 2 浙江天弈環境有限公司

1 高級氧化技術在印染廢水處理中的應用原理

1.1 實驗儀器及實驗材料

本次實驗用到的實驗儀器有臭氧發生器、COD 快速消解儀、COD 快速測定儀、紫外分光光度計、冰箱、高壓蒸汽滅菌鍋、電子天平等。其中，臭氧發生器的額定臭氧產量為100g/h，額定臭氧濃度為100。本次實驗用到的實驗材料有臭氧催化劑、某紡織廠所產生的印染廢水以及分析純試劑，其中臭氧催化劑為粒徑3 ～5mm 的氧化鋁，每顆的抗壓強度均大于100N，印染廢水的水質指標包括色度、NH3—N、TN（總氮）、COD（化學需氧量），指標含量見表1，分析純試劑包括納氏試劑、鹽酸、酒石酸鉀鈉、LH-D-100 試劑、LH-Eg-100 試劑、Na2S2O3溶液等。

表1 實驗所用的某紡織廠所產生的印染廢水指標含量

1.2 實驗方法

本次實驗的實驗方法是通過臭氧反應器將制造的臭氧與印染廢水混合，使廢水達到被凈化處理的目的，之后對凈化后的廢水進行成分分析，測定其排放指標的變化情況。反應器整體材質為不銹鋼，尺寸為1900×350×1700mm，單次處理的水量為0.57 ～2.32。使用該反應器時首先打開進水泵，使準備好的印染廢水流入反應器中；在反應器裝滿水之后，將回流泵開啟；待反應器開始正常運轉后，啟動臭氧發生器，利用臭氧發生器中產生的臭氧對印染廢水進行凈化；臭氧產生之后會通過水射器與印染廢水混合；當兩者混合完畢后，臭氧與印染廢水的混合物會回流進入反應器內；之后通過裝料口置入臭氧催化劑，催化臭氧與印染廢水的反應；反應結束后停止曝氣，之后取出適量處理后的廢水進行成分分析。

1.3 分析方法

色度的分析方法參考稀釋倍數法，具體操作方法為取適量處理后的廢水，之后使用蒸餾水進行稀釋，直至將其稀釋到剛好看不到顏色（最好以白色瓷板為背景），其后根據稀釋的倍數來表示水樣的色度。NH3—N 的分析方法參考納氏試劑分光光度法，具體操作方法為將酒石酸鉀鈉溶于水中，之后將其加熱至沸騰，目的是去除溶液中的氨，將其放置冷卻至室溫備用，取處理后的適量廢水加入比色管中，將其稀釋至標線，加入酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑，混合均勻后進行測量。TN 的分析方法參考堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，具體操作方法為首先制備堿性過硫酸鉀溶液、鹽酸溶液和無氨水，之后用無分度吸管取適量處理后的廢水試樣，并置于比色管中，加入堿性過硫酸鉀溶液，扎緊瓶塞后加熱，之后冷卻、開閥放氣，當比色管冷卻至室溫后，加入鹽酸溶液，然后用無氨水稀釋，混勻后取適量溶液置于適應色皿中，使用紫外分光光度計測定。COD 測定方法參考快速消解分光光度法，具體操作方法為將適量處理后的廢水加入比色管中，加適量溶液混勻，待反應結束后測定COD。

1.4 實驗結果

根據對處理后的廢水的水質指標測定可得，當本次實驗的實驗條件為臭氧濃度為50mg/L，進氣流量為0.8m3，回流量為2.5m3，且反應時間為105min 時，各指標含量的去除情況見表2。通過取樣和記錄不同時間段的處理后的廢水水樣，能夠得出以下內容：當反應時間為60min 時，色度降低為11 度，COD 降低至37.46，TN 降低至5.74，降至0.57。當反應時間為15min 時，色度降低為11 度，直至反應時間為60min 左右無明顯變化。

表2 處理后的廢水水質指標含量

1.5 分析與討論

通過對實驗結果的分析可以得出，色度的去除率隨時間的推移而增加，但速度很快，在短時間內基本可以完成色度的降低。經過分析，推測原因是雖然臭氧能破壞和分解有機發色基團，但是臭氧的氧化對廢水的脫色效果仍然不夠明顯，NH3—N 的去除率隨著時間推移而增加，當反應時間為60min 時，逐漸開始出現上升趨勢，經過分析，出現這種現象的原因是在臭氧與廢水的反應過程中，廢水中的有機氮氧化物為硝態氮，從而使得氨氮的濃度升高，基于指標含量的升高不符合出水標準。因此，將最佳反應時間設定為60min。TN 的去除率隨著時間推移而增加，但整體的變化不大，經過分析，原因推測為臭氧的氧化反應對TN 的去除效果不夠明顯。COD 的去除率隨時間的推移而增加，經過分析，原因是臭氧具有強氧化性，其與廢水作用時能夠氧化其中的有機物，使其有機物轉化成CO2和H2O，從而降低水中COD 含量。

1.6 高級氧化技術在印染廢水處理中的原理

由實驗可知，高級氧化技術能通過礦化或氧化提高污染物的可生化性，以此使某些污染物能基本或完全分解，從而達到污染物處理的目的。根據本次實驗結果分析可知，以臭氧氧化法為例，從印染廢水水質排放的幾個重要指標來分析，臭氧發生器制造的臭氧能與廢水中的有機發色基團反應，破壞其結構，從而降低廢水的色度；臭氧能與廢水中的氨氮化合物反應生成水等物質，從而降低NH3—N 的含量；臭氧能與水中的氮類化合物反應生成氧氣等物質，從而降低TN 的含量；臭氧能夠與印染污水中的有機物發生氧化反應，將其氧化成CO2和H2O，或者其他易于降解的小分子有機物，可以降低廢水中的COD 含量；基于此，可以得出臭氧對印染廢水中的相關水質指標數值有一定的降低，可以達到對印染廢水的處理。

案例6：講“對數”時，可用“某人聽到一則謠言后一小時內傳給兩人，這兩人又在一小時內每人又分別傳給兩人，如此下去，一晝夜能傳遍一千萬人口的大城市嗎？（假定受傳遙的人不重復）”。

2 高級氧化技術在印染廢水處理中的前景

根據文中實驗的相關結果分析，利用高級氧化技術進行印染廢水的處理是一種有效的廢水處理辦法，以文中所用到的臭氧氧化法為例，這種方法能夠將難以或者無法通過常規手段降解的有機污染物直接氧化成小分子有機物，并能進一步將小分子有機物氧化去除，從而實現有機物污染物的去除；同時，臭氧氧化法對色度等國家要求的工業廢水排放指標也能進行一定程度的降低和去除，有利于對廢水的處理和后續的排放。

雖然臭氧氧化法對印染廢水的處理仍存在一些不足，但可以通過臭氧氧化法與其他高級氧化技術的組合來提高處理的質量，比如加入適量的H2O2或其他材料，促進印染廢水處理質量的提高。而結合實際的應用而言，根據不同高級氧化技術的應用要求，對不同程度的印染廢水也可以采用不同的高級氧化技術，如低濃度印染廢水可以使用電化學氧化法進行處理，當反應環境為酸性的情況下可以采用Fenton 氧化法來處理印染廢水。而對于高鐵酸鹽氧化法，由于其使用中要考慮高鐵酸鹽的高效無毒使用，且此方面的研究相對較少，目前這種方法的使用仍有待探索。但總體而言，高級氧化技術對我國印染廢水的處理有著重要的意義，有助于推動我國的環境保護和可持續發展。

3 結語

根據實驗的結果和相關分析可知，臭氧氧化法能夠將印染廢水排放所要求的相關指標含量降低，使其達到排放的要求，同時這種方法具有反應迅速、流程簡單、無二次污染的優點，在與其他生物氧化技術相結合的情況下，還能進一步提升生物氧化速率和效果，是一種比較合適的印染廢水處理方法。